[发明专利]卫星及空间站机械臂展开控制判定系统及方法

权利要求书

1.一种卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，包括电控箱(01)、固定座(11)、多个机械杆；

多个机械杆包括第一移动杆(4)和第二移动杆(5)，以及安装于固定座(11)上的第一固定杆(1)、第二固定杆(2)和第三固定杆(3)；所述第一移动杆(4)通过第一关节(6)与第一固定杆(1)连接，第一关节(6)处设有第一扭簧(61)；所述第二移动杆(5)通过第二关节(7)与第一移动杆(4)连接，第二关节(7)处设有第二扭簧(71)；

所述第二关节(7)与第三固定杆(3)之间设置有第一电磁锁紧装置(8)；所述第二移动杆(5)与第二固定杆(2)之间设置有第二电磁锁紧装置(9)；

所述第二固定杆(2)上自带电连接器(07)，所述电控箱(01)通过线缆与电连接器(07)电连接；第一关节(6)和第二关节(7)自带展开保持装置；

其特征在于：靠近相邻机械杆的关节处设置有电容传感器；

所述电容传感器包括传感器主体(02)和金属电极(03)，分别固定设置于关节两侧的机械杆上，并满足机械臂展开到位时电容传感器的电容值最大，通过电容传感器输出电容值判断展开状态。

2.根据权利要求1所述的卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，其特征在于：所述电控箱(01)内设有第一继电器，第二继电器，信号发生器，数据采集处理单元，以及输出控制信号控制第一继电器、第二继电器、信号发生器和数据采集处理单元的控制芯片；

所述第一继电器和第二继电器分别用于控制机械臂第一电磁锁紧装置8的第一电磁铁和第二电磁锁紧装置(9)的第二电磁铁通断；

所述数据采集处理单元包括依次电连接的信号解调器、滤波器、模数转换芯片和数字信号处理芯片；

两个电容传感器上均设有测量电桥电路(04)；

所述信号发生器通过第一矩阵开关(05)连接测量电桥电路(04)的输入端；

所述测量电桥电路(04)的输出端通过第二矩阵开关(06)连接所述信号解调器；

所述控制芯片还输出控制信号控制第一矩阵开关(05)和第二矩阵开关(06)。

3.根据权利要求2所述的卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，其特征在于：所述测量电桥电路(04)包括第一电容C1和第二电阻R2组成的测量臂，以及第一电阻R1和第二电容C2组成的参考臂，参考臂和测量臂之间设有1:1放大器。

4.根据权利要求3所述的卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，其特征在于：所述信号发生器采用直接数字频率合成芯片提供正弦或余弦激励；所述控制芯片采用ARM芯片、DSP芯片或FPGA芯片。

5.根据权利要求4所述的卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，其特征在于：所述线缆采用双绞屏蔽线。

6.根据权利要求5所述的卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，其特征在于：所述电容传感器垂直安装于机械杆上，传感器主体(02)与金属电极(03)的安装位置满足：在机械臂展开到位时，每个电容传感器中传感器主体(02)与金属电极(03)的连线与机械臂平行，且传感器主体(02)与金属电极(03)间的距离为20mm。

7.根据权利要求6所述的卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，其特征在于：所述控制芯片的IO电平同时高于第一继电器和第二继电器控制信号的电平。

8.根据权利要求7所述的卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，其特征在于：所述控制芯片的控制信号采取下拉处理。

9.根据权利要求8所述的卫星及空间站机械臂展开控制判定系统，其特征在于：第一继电器和第二继电器均采用两个继电器并联方式。

10.一种利用权利要求1至9任一项所述卫星及空间站机械臂展开控制判定系统控制机械臂展开的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)第二关节展开

接收展开指令，第二继电器工作，第二电磁铁通电，第二电磁锁紧装置(9)解锁，第二扭簧(71)驱动第二关节(7)展开；

2)第二关节(7)展开判定

2.1)在第二关节(7)展开过程中进行电容值采样，并以机械臂展开状态下传感器主体(02)和金属电极(03)相对时形成的最大电容值为参考，若采样值达到设定的第一阈值，视为第二电磁锁紧装置(9)已解锁，第二关节(7)已展开，则打开第二关节(7)自带的展开保持装置，关闭第二继电器，第二电磁铁断电，二级展开完成，进入步骤3)；若采样值未达到设定的第一阈值，视为第二电磁锁紧装置(9)未解锁，则进入步骤2.2)进行第二继电器通电时间判定；

2.2)若第二继电器通电时间在设定时长以下，则返回步骤1)，若通电时间超过设定时长，则视为二级展开故障，关闭第二继电器，第二电磁铁断电；

3)第一关节展开

第一继电器工作，第一电磁铁通电，第一电磁锁紧装置(8)解锁，第一扭簧(61)驱动第一关节(6)展开；

4)第一关节展开判定

4.1)在第一关节(6)展开过程中进行电容值采样，若采样值未达到设定的第三阈值，则视为干扰，不进行数据处理；若采样值达到设定的第三阈值，则开始持续采样，并判断第一关节(6)是否展开，若持续采样值呈增大趋势，且采样值达到设定的第二阈值，视为第一电磁锁紧装置(8)已打开，第一关节(6)已展开，则打开第一关节(6)自带的展开保持装置，关闭第一继电器，第一电磁铁断电，一级展开完成，即机械臂展开完成；若持续采样值先呈增大趋势，且采样值的最大值达到设定的第三阈值但未达到设定的第二阈值，而后呈减小→增大→减小→增大…趋势，则视为非正常状态，进入下一步；

4.2)统计持续采样过程中所有达到设定的第三阈值的采样值，进行如下判断和控制：

4.2.1)若前5个采样值中存在达到设定的第二阈值的采样值，视为第一关节(6)已展开，继续采样，直到采样值达到设定的第四阈值后，打开第一关节(6)自带的展开保持装置；

4.2.2)若前9个采样值中不存在达到设定的第二阈值的采样值，则继续采样，若采样值达到设定的第二阈值，视为第一关节(6)已展开，第二电磁铁工作异常；若采样值呈增大→减小→增大→减小…趋势，且采样值未达到设定的第二阈值，视为非正常状态，第一关节(6)未展开，控制第一电磁铁重新加电，进入下一步；

4.2.3)第一电磁铁重新加电后，再次采样并统计电容值，若采样值在九次采样内达到设定的第五阈值，则视为第一关节(6)已展开；若采样值中存在至少10个已达到设定的第三阈值但未达到设定的第二阈值的采样值，则视为一级展开故障，关闭第一继电器，第一电磁铁断电。